(57)【要約】【課題】可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、より速やかに適正なバルブタイミングを得ること目的とする。【解決手段】圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、前記内燃機関の運転状態に基づく目標バルブタイミングに実バルブタイミングが収束するよう前記バルブタイミング変更装置をフィードバック制御するバルブタイミング制御装置と、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときには、前記バルブタイミング変更装置のフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインに対して変更するフィードバックゲイン補正手段と、を備えた。【選択図】図６
2006083721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づく目標バルブタイミングに実バルブタイミングが収束するよう前記バルブタイミング変更装置をフィードバック制御するバルブタイミング制御装置と、
前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときには、前記バルブタイミング変更装置のフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインに対して変更するフィードバックゲイン補正手段と、
を備えたことを特徴とする可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記フィードバックゲイン補正手段は、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときには前記バルブタイミング変更装置のフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインよりも大きい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときとは、圧縮比変更開始から所定期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項４】
圧縮比を変更するか否か判定する圧縮比変更判定手段をさらに備え、前記可変圧縮比機構は、前記圧縮比変更判定手段により圧縮比変更判定がなされた後に圧縮比を変更し、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときとは、圧縮比変更判定がなされてから所定期間であることを特徴とする請求項１または２に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【請求項５】
前記所定期間とは、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに到達するまでであることを特徴とする請求項３または４に記載の可変圧縮比機構を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
上死点におけるシリンダヘッドとピストンの相対距離を変化させることにより圧縮比を変更し、内燃機関の熱効率等を向上することができる。そして、クランクケースに対してシリンダブロックをシリンダ軸方向に移動させることにより、圧縮比を変更する内燃機関において、圧縮比変更伴うバルブタイミングのずれをバルブタイミング変更装置により補正する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開平７−２６９８１号公報
【特許文献３】特表平２−５０３８１７号公報
【特許文献４】特開２００３−２０６７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関の圧縮比を変更すべく、内燃機関の機関要素の一部の配置、大きさ等を変更する場合、該内燃機関のクランクシャフトの回転と燃焼サイクルにおけるピストンの位置との相対関係がずれる場合がある。ここで、吸排気弁がクランクシャフトの動力によって駆動される場合やクランクアングルに基づいて吸排気弁の開閉時期であるバルブタイミングが制御される場合には、ピストンが圧縮行程上死点等の所定位置にある時期に対して吸排気弁のバルブタイミングが本来あるべきタイミングからずれる虞がある。
【０００４】
前記特許文献１によれば、バルブタイミングのずれを補正することができるが、圧縮比が変わる毎にバルブタイミングのずれを補正する必要が生じ、補正が完了するまでに時間を要する。そして、補正をしている間は最適なバルブタイミングを得ることが困難となり、エミッションの悪化や機関出力の低下等が生じ得る。
【０００５】
本発明は上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、より速やかに適正なバルブタイミングを得る点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による可変圧縮比機構を備えた内燃機関は、以下のことを特徴とする。すなわち、
圧縮比を変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関において、
吸気弁若しくは排気弁のうち少なくとも何れかの駆動弁のバルブタイミングを変更するバルブタイミング変更装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づく目標バルブタイミングに実バルブタイミングが収束するよう前記バルブタイミング変更装置をフィードバック制御するバルブタイミング制御装置と、
前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときには、前記バルブタイミング変更装置のフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインに対して変更するフィードバックゲイン補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングがずれるために、バルブタイミングの変更率を変更することにより、速やかにバルブタイミングのずれを解消して最適なバルブタイミングを得ることにある。
【０００８】
上記の内燃機関においては、可変圧縮比機構によってピストン行程や燃焼室容積等、内燃機関の圧縮比に関与する要素を変化せしめることで、圧縮比を変更する。但し、圧縮比と内燃機関の運転状態とは密接な関係があり、圧縮比が内燃機関の運転状態に適した圧縮比から外れると、燃費やエミッション等が悪化する虞がある。そこで、上記の内燃機関においては、圧縮比の変更は内燃機関の運転状態に基づいて行われる。このように、内燃機関の運転状態に応じて圧縮比を変更することで、燃費性能や出力性能の向上を図る。
【０００９】
また、バルブタイミング変更装置は、バルブタイミングを変更するときに所定の角度を基準値とし、この基準値から内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミングを進角させることによりバルブタイミングの変更を行う。
【００１０】
このように構成される内燃機関において、バルブタイミングが最適なものとなるように、バルブタイミング制御装置は、フィードバック制御によりバルブタイミングの制御を行なう。
【００１１】
一方、圧縮比の変更を行うことで、内燃機関の圧縮比に関与する要素に変化が加えられるため、一の伝達ルートを経てクランクシャフトから伝えられる駆動力によって駆動されるピストンと該一の伝達ルートとは異なる他の伝達ルートを得てクランクシャフトからの駆動力によって駆動される駆動弁のバルブタイミングがずれ、もしくは該ピストンとクランクシャフトの回転角に応じてバルブタイミングが制御される駆動弁の該バルブタイミングがずれる虞がある。換言すると、圧縮比の変更に伴い、ピストンが所定の位置にある時期、例えば圧縮上死点にある時期に対する駆動弁のバルブタイミングがずれることで、効率的な吸気の確保や排気の排出が困難となり、内燃機関の出力低下、燃費悪化、エミッション悪化等が生じ、圧縮比変更による効果を十分に享受することが困難となる虞がある。
【００１２】
その点、フィードバックゲイン補正手段は、内燃機関の圧縮比が変更されるときには、圧縮比が変更されないときに対してフィードバックゲイン（デューティ制御の比例ゲイン）を変更する。すなわち、内燃機関の圧縮比を変更するときには、バルブタイミングの単位時間あたりの変化量を変更する。このようにして、速やかにバルブタイミングを変更することが可能となる。
【００１３】
ここで、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインは、バルブタイミングのオーバーシュートやドライバビリティの悪化等を抑制し得る値に設定されている。従って、圧縮比が変更されるときにフィードバックゲインを大きくすると、オーバーシュート等が発生するおそれがある。しかし、圧縮比が変更されたときには、変更されないときと比較してバルブタイミングがずれるので、内燃機関の出力性能、燃費、排気の状態に影響が及び、より速やかにバルブタイミングを変更して適正なバルブタイミングを得るほうがよい。すなわち、バルブタイミングのずれの発生を可及的に早期に解消することにより、圧縮比の変更に伴う内燃機関の出力低下等を回避することができる。
【００１４】
そのため、本発明においては、前記フィードバックゲイン補正手段は、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときには前記バルブタイミング変更装置のフィードバック制御におけるフィードバックゲインを、圧縮比が変更されないときのフィードバックゲインよりも大きい値に設定してもよい。
【００１５】
このように、フィードバックゲインを大きい値に設定すれば、バルブタイミングが速や
かに変更されるので、バルブタイミングのずれを速やかに解消することができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときとは、圧縮比変更開始から所定期間であってもよい。このように、圧縮比変更開始から所定期間フィードバックゲインを変更することにより、圧縮比変更に伴うバルブタイミングのずれを速やかに解消することができる。また、所定期間経過後には、フィードバックゲインを元に戻すことにより、圧縮比が変更されないときのバルブタイミングのオーバーシュート等の発生を抑制することができる。
【００１７】
さらに、本発明においては、圧縮比を変更するか否か判定する圧縮比変更判定手段をさらに備え、前記可変圧縮比機構は、前記圧縮比変更判定手段により圧縮比変更判定がなされた後に圧縮比を変更し、前記可変圧縮比機構により圧縮比が変更されるときとは、圧縮比変更判定がなされてから所定期間であってもよい。圧縮比変更判定がなされた後、実際に圧縮比が変更されるまでの間においてもフィードバックゲインを変更することで、より速やかにバルブタイミングのずれを解消することができる。
【００１８】
そして、前記所定期間とは、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに到達するまでとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る可変圧縮比機構を備えた内燃機関によれば、圧縮比の変更時に速やかに適正なバルブタイミングを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、圧縮比を可変とする可変圧縮比内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。シリンダ２内の燃焼室には、シリンダヘッド１０に設けられた吸気ポート１８を介して吸気管１９が接続されている。シリンダ２への吸気の流入は吸気弁５によって制御される。吸気弁５の開閉は、吸気側カム７の回転駆動によって制御される。また、シリンダヘッド１０に設けられた排気ポート２０を介して、排気管２１が接続されている。シリンダ２外への排気の排出は排気弁６によって制御される。排気弁６の開閉は排気側カム８の回転駆動によって制御される。更に、吸気ポート１８には燃料噴射弁１７が、シリンダ２の頂部には、点火プラグ１６が設けられている。そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、シリンダ２内で往復運動を行う。
【００２２】
ここで、内燃機関１においては、可変圧縮比機構９によって、シリンダブロック３をクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させることで、内燃機関１の圧縮比が変更される。即ち、可変圧縮比機構９が、シリンダブロック３と共にシリンダヘッド１０を、シリンダ２の軸線方向にクランクケース４に対して相対移動させることによって、シリンダブロック３、シリンダヘッド１０およびピストン１５によって構成される燃焼室の容積が変更され、その結果、内燃機関１の圧縮比が可変制御される。例えば、シリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動されると、燃焼室容積が増えて圧縮比が低下する。
【００２３】
可変圧縮比機構９は、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形
を有し軸部９ａに対して回転可能且つカム部９ｂと同じように偏心状態で取り付けられた可動軸受部９ｃと、軸部９ａと同心状に設けられたウォームホイール９ｄと、ウォームホイール９ｄと噛み合うウォーム９ｅと、ウォーム９ｅを回転駆動させるモータ９ｆによって構成される。そして、カム部９ｂはシリンダブロック３に設けられた収納孔内に設置され、可動軸受部９ｃはクランクケース４に設けられた収納孔内に設置される。ここで、モータ９ｆからの駆動力は、ウォーム９ｅとウォームホイール９ｄとを介して軸部９ａに伝えられる。そして、偏心状態にあるカム部９ｂ、可動軸受部９ｃが駆動されることで、シリンダブロック３がクランクケース４に対してシリンダ２の軸線方向に相対移動させられる。
【００２４】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９０が併設されている。このＥＣＵ９０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００２５】
ここで、アクセル開度センサ９２がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ９１がＥＣＵ９０と電気的に接続されており、ＥＣＵ９０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。
【００２６】
更に、可変圧縮比機構９を構成するモータ９ｆがＥＣＵ９０と電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ９０からの指令によりモータ９ｆが駆動されて、可変圧縮比機構９による内燃機関１の圧縮比の変更が行われる。この内燃機関１の圧縮比の変更は、内燃機関１の運転状態に基づいて行われる。例えば、内燃機関１の運転状態を機関負荷と機関回転速度で表す場合、低機関負荷から高機関負荷になるに従い又は低機関回転速度から高機関回転速度になるに従い、シリンダブロック３をクランクケース４から遠ざける方向にモータ９ｆを駆動して、内燃機関１の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比へと移行させる。
【００２７】
次に、内燃機関１における吸気弁５および排気弁６の開閉動作および該開閉動作を行う開閉機構について、図２および図３に基づいて説明する。図２、３は、主に内燃機関１のバルブタイミング制御システムの機構を示す図であり、図２（ａ）はシリンダブロック３がクランクケース４に近づき、内燃機関１の圧縮比が比較的高い圧縮比（以下、単に「高圧縮比」という）となっている状態を示し、図２（ｂ）はシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかり、内燃機関１の圧縮比が比較的低い圧縮比（以下、単に「低圧縮比」という）となっている状態を示す。図２に示すように、シリンダブロック３がシリンダ２の軸線方向にΔｈ相対移動することで、内燃機関１の圧縮比が変更される。また、図３は、吸気弁５、排気弁６を中心としたシリンダヘッド１０の頂部近傍を概略的に表す図である。
【００２８】
内燃機関１においては、吸気弁５の開閉動作は吸気側カム７によって行われる。この吸気側カム７は吸気側カムシャフト２２に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト２２の端部には吸気側プーリ２４が設けられている。更に、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）２３が設けられている。この吸気側ＶＶＴ２３は、ＥＣＵ９０からの指令に従って吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を制御する。更に、吸気側カムシャフト２２の回転角を検出する吸気側カム角センサ９３が設けられ、吸気側カム角センサ９３とＥＣＵ９０が電気的に接続されている。
【００２９】
また、排気弁６の開閉動作は排気側カム８によって行われる。この排気側カム８は排気側カムシャフト２５に取り付けられ、更に排気側カムシャフト２５の端部には排気側プーリ２７が設けられている。更に、排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）２６が設けられている。この排気側ＶＶＴ２６は、ＥＣＵ９０からの指令に従って排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を制御する。更に、排気側カムシャフト２５の回転角を検出する排気側カム角センサ９４が設けられ、排気側カム角センサ９４とＥＣＵ９０が電気的に接続されている。
【００３０】
そして、吸気側カムシャフト２２と排気側カムシャフト２５の回転駆動は、クランクシャフト１３の駆動力によって行われる。具体的には、クランクシャフト１３に設けられたクランク側プーリ３２、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７にはタイミングベルト３３が掛けられており、更にタイミングベルト３３は、クランクケース４側に設けられた第一クランクケース側プーリ３０、第二クランクケース側プーリ３１およびシリンダブロック３側に設けられた第一シリンダブロック側プーリ２８、第二シリンダブロック側プーリ２９にも掛かっている。
【００３１】
なお、タイミングベルト３３が掛かる順序は、クランク側プーリ３２を初めとして、第一クランクケース側プーリ３０、第一シリンダブロック側プーリ２８、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７、第二シリンダブロック側プーリ２９、第二クランクケース側プーリ３１の順である。
【００３２】
そして、第一クランクケース側プーリ３０、および第二クランクケース側プーリ３１はタイミングベルト３３の外周面と接しており、それ以外のクランク側プーリ３２、第一シリンダブロック側プーリ２８、吸気側プーリ２４、排気側プーリ２７、第二シリンダブロック側プーリ２９、はタイミングベルト３３の内周面と接している。
【００３３】
このようにして、クランクシャフト１３の駆動力によって吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５が回転駆動されて、以て吸気側カム７および排気側カム８によって、吸気弁５および排気弁６の開閉動作が行われる。
【００３４】
ここで、可変圧縮比機構９によって内燃機関１の圧縮比が変更されるとき、例えば図２（ａ）に示す高圧縮比の状態から図２（ｂ）に示す低圧縮比の状態へと変更されるとき、上述したようにシリンダブロック３がクランクケース４から遠ざかる方向に相対移動する。従って、圧縮比の変更に合わせて、シリンダブロック３に設けられた第一シリンダブロック側プーリ２８、第二シリンダブロック側プーリ２９も移動する。その結果、第一クランクケース側プーリ３０と第一シリンダブロック側プーリ２８との間に掛かるタイミングベルト３３の長さＬ１、および第二クランクケース側プーリ３１と第二シリンダブロック側プーリ２９との間に掛かるタイミングベルト３３の長さＬ２は、圧縮比の変更に伴って変化する。このような構成により、シリンダブロック３が移動しても、タイミングベルト３３の全長は変化しない。
【００３５】
なお、内燃機関１においては、クランクポジションセンサ９１と吸気側カム角センサ９３、排気側カム角センサ９４とからの信号に基づいて、クランク角と吸排気弁５、６のカム角との関係が適正な関係となるべく、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６によって、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の回転位相がフィードバック制御される。
【００３６】
そして、本実施例においては、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５を最遅角位置から何度回転させるかにより吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を制
御する。すなわち、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５が最も遅角されたときの位置（以下、最遅角位置という。）を基準位置とし、この基準位置から内燃機関１の運転状態に応じて吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の角度が進角される。この基準位置からの進角量は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数、機関負荷）と進角量との関係を予めマップ化したものをＥＣＵ９０に記憶させておき、該マップに内燃機関１の運転状態を代入して得ることができる。
【００３７】
しかし、本実例に係る内燃機関１では、図２（ａ）に示す高圧縮比の状態から図２（ｂ）に示す低圧縮比の状態へと変更されると、タイミングベルト長Ｌ１は短くなり、タイミングベルト長Ｌ２は長くなる。その結果、クランクシャフト１３が特定の回転角にあるときの、換言するとピストン１５の位置が特定の位置である圧縮行程上死点等にあるときの、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の位相が、図２（ａ）に示す高圧縮比状態と図２（ｂ）に示す低圧縮比状態とでは異なる。すなわち、図２（ａ）に示す高圧縮比状態を基準とすると、図２（ｂ）に示す低圧縮比状態では、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相がΔＴｖずれる。
【００３８】
そのため、ピストン位置が圧縮行程上死点にある時期に対する吸気弁５および排気弁６のバルブタイミングが、図２（ａ）に示す高圧縮比状態と図２（ｂ）に示す低圧縮比状態とでは異なってしまい、圧縮比の変更に伴って、バルブタイミングが適正なタイミングからずれる虞がある。即ち、圧縮比の変更の結果、シリンダ２内で行われる燃焼に適したバルブタイミングが得られない虞がある。
【００３９】
ここで、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６によって、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相がフィードバック制御されることにより、吸気側プーリ２４および排気側プーリ２７の回転位相のずれが補正されるが、フィードバック制御のみに頼っていると適正なバルブタイミングに収束するまでに時間を要する。
【００４０】
その点、本実施例による内燃機関１のバルブタイミング制御システムでは、圧縮比の変更が行なわれるときには、バルブタイミングの変更率を大きくする。すなわち、デューティ制御の比例ゲインを大きくする。
【００４１】
そして、吸気側プーリ２４と排気側プーリ２７はタイミングベルト３３を介してクランクシャフト１３と連動しているため、吸気側ＶＶＴ２３と排気側ＶＶＴ２６とによる回転位相の変更によって、クランクシャフト１３の回転角に対する吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の回転角の相対関係が速やかに変更されて、ピストン１５のピストン位置に対する吸気弁５、排気弁６のバルブタイミングが適正なタイミングとなる。
【００４２】
ここで、図４は、バルブタイミングの目標値と実測値との差と、バルブタイミングのデューティ制御の比例ゲインとの関係を示した図である。実線は圧縮比を変更するとき（以下、圧縮比変更時という。）、破線は圧縮比を変更しないとき（以下、通常時という。）を夫々示している。バルブタイミングの目標値と実測値との差が圧縮比変更時と通常時とで同じ場合、比例ゲインは通常時（例えば、図４中のＡ点）よりも圧縮比変更時（例えば、図４中のＢ点）のほうが大きな値に設定される。
【００４３】
図５は、バルブタイミング変更時のデューティ比と吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の作動速度との関係を示した図である。吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の作動速度とは、吸気側カムシャフト２２と吸気側プーリ２４との相対的な回転位相を変更するときの回転速度、および排気側カムシャフト２５と排気側プーリ２７との相対的な回転位相を変更するときの回転速度をいう。
【００４４】
圧縮比変更時のデューティ比は、通常時（例えば、図５中Ａ点）よりも大きく、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の作動速度は速い（例えば、図５中Ｂ点）。
【００４５】
図６は、圧縮比を変更するときの、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の進角量の推移を示したタイムチャートである。「目標値」は、内燃機関１の運転状態に応じてＥＣＵ９０が決定した吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６の進角量である。「通常時」は、圧縮比を変更したときであっても、仮に通常時と同じ比例ゲインを用いて吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６のデューティ制御を実施した場合を示している。また、「圧縮比変更時」は、本実施例による圧縮比変更時の比例ゲインを用いてデューティ制御を実施した場合を示している。
【００４６】
図６に示した「通常時」においては、ドライバビリティを向上させるために比例ゲインが図４に示すように小さい値に設定されているので、進角量の変化率は小さい。一方、「圧縮比変更時」においては、速やかに目標値近傍まで進角量を変化させるために比例ゲインが大きい値に設定されているので、進角量の変化率は大きい。なお、圧縮比変更時の比例ゲインの大きさは、進角量のオーバーシュートやドライバビリティの悪化、さらには排気の状態が許容できる範囲内において可及的に大きくなるように実験的に求め得る。
【００４７】
次に、可変圧縮比機構９によって内燃機関１の圧縮比を変更する際に吸気弁５、排気弁６のバルブタイミングを調整するための制御（以下、「圧縮比変更制御」という）について、図７に基づいて説明する。なお、本実施例における圧縮比変更制御は、一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００４８】
先ず、Ｓ１０１では、ＥＣＵ９０は、内燃機関１の運転状態を検出する。この運転状態は、シリンダ２内での燃焼と関連する運転状態であって、内燃機関１の圧縮比が該燃焼と適しているか否かを判定するために基礎となる項目である。本実施例においては、クランクポジションセンサ９１からの信号に基づいて得られる機関回転速度と、アクセル開度センサ９２からの信号に基づいて得られる機関負荷とによって、内燃機関１の運転状態を検出する。この他に、内燃機関１における吸入空気量や冷却水温度等によって運転状態を検出してもよい。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００４９】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ９０は、Ｓ１０１で検出した内燃機関１の運転状態に基づいて、内燃機関１で行われる燃焼に最も適した圧縮比（以下、「最適圧縮比」という）を算出する。具体的には、機関回転速度と機関負荷で決定される内燃機関１の運転状態と、各運転状態における最適圧縮比との関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ９０内に格納する。そして、Ｓ１０２では、該制御マップに内燃機関１の運転状態をパラメータとしてアクセスすることで、最適圧縮比の算出が行われる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００５０】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ９０は、Ｓ１０２で算出した最適圧縮比に基づいて、可変圧縮比機構により内燃機関１の圧縮比が最適圧縮比になるべく、シリンダブロック３とクランクケース４との相対移動を行なう。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００５１】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ９０は、圧縮比変更時のために設定されたデューティ制御の比例ゲインのマップから比例ゲインを読み込む。ここでは、予めＥＣＵ９０に図４の実線で示されるマップを記憶させておき、該マップに目標値と実測値との差を代入して比例ゲインを得る。目標値は、内燃機関１の運転状態から求め、実測値は吸気側カム角センサ９３および排気側カム角センサ９４の出力信号から得ることができる。また、図４の実線で示されるマップは、予め実験等により求めＥＣＵ９０に記憶させておく。Ｓ１０４の処理が終
了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５２】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ９０は、吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の進角量の目標値と実測値とのずれが解消しているか否か判定する。例えば、所定時間内の進角量の変化幅が、許容範囲内であれば吸気側カムシャフト２２および排気側カムシャフト２５の進角量の目標値と実測値との差が無いに等しいとされ、ずれが解消していると判定される。また、圧縮比の変更を開始してから所定期間経過後にずれが解消しているとしてもよい。また、ステップＳ１０１からステップＳ１０４の何れかの処理が開始若しくは終了してから所定期間後にずれが解消しているとしてもよい。
【００５３】
Ｓ１０５で肯定判定がなされた場合にはＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはＳ１０５へ戻る。
【００５４】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ９０は、通常時のために設定されたデューティ制御の比例ゲインのマップから比例ゲインを読み込む。ここでは、予めＥＣＵ９０に図４で示されるマップの破線部分を記憶させておき、該マップに目標値と実測値との差を代入して比例ゲインを得る。図４の破線で示されるマップは、予め実験等により求めＥＣＵ９０に記憶させておく。Ｓ１０６の処理が終了すると、本制御を終了する。
【００５５】
本制御によると、内燃機関１の圧縮比を変更する際に生じ得る吸排気弁５、６のバルブタイミングのずれを可及的に解消又は抑制することで、エミッションや燃費の悪化、機関出力の低下等を抑制することが可能となる。
【００５６】
なお、本制御においては、主にＳ１０４からＳ１０６の処理が本発明のフィードバックゲイン補正手段に該当する。
【００５７】
また、本実施例においては、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との処理を入れ替えてもよい。これにより、圧縮比変更前から比例ゲインを変更することができる。
【００５８】
また、本実施例においては、シリンダブロック３がクランクケース４に対して相対移動するタイプの可変圧縮比内燃機関について説明したが、これに限らず、圧縮比の変更に伴いバルブタイミングが適正なタイミングからずれる可変圧縮比内燃機関であれば適用することができる。
【００５９】
さらに、本実施例においては、吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２６を備えているが、何れか一方のみを備えた内燃機関においても適用することができる。また、電磁駆動弁等によりバルブタイミングを任意に変更可能な機構を備えた内燃機関においても適用することができる。さらに、クランクシャフト１３とクランク側プーリ３２との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構を設けた内燃機関においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムが適用される可変圧縮比内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムの機構を示す第一の図である。
【図３】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムの機構を示す第二の図である。
【図４】実施例１に係るバルブタイミングの目標値と実測値との差と、バルブタイミングのデューティ制御の比例ゲインとの関係を示した図である。
【図５】実施例１に係るバルブタイミング変更時のデューティ比と吸気側ＶＶＴおよび排気側ＶＶＴの作動速度との関係を示した図である。
【図６】実施例１に係る通常時および圧縮比変更時における吸気側ＶＶＴおよび排気側ＶＶＴの進角量の推移を示したタイムチャートである。
【図７】実施例１に係る可変圧縮比内燃機関のバルブタイミング制御システムにおいて、圧縮比変更時に行われる圧縮比変更制御の制御フローを示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１     内燃機関
２     シリンダ
３     シリンダブロック
４     クランクケース
５     吸気弁
６     排気弁
７     吸気側カム
８     排気側カム
９     可変圧縮比機構
９ａ   軸部
９ｂ   カム部
９ｃ   可動軸受部
９ｄ   ウォームホイール
９ｅ   ウォーム
９ｆ   モータ
１０   シリンダヘッド
１３   クランクシャフト
１４   コンロッド
１５   ピストン
１６   点火プラグ
１７   燃料噴射弁
１８   吸気ポート
１９   吸気管
２０   排気ポート
２１   排気管
２２   吸気側カムシャフト
２４   吸気側プーリ
２５   排気側カムシャフト
２７   排気側プーリ
２８   第一シリンダブロック側プーリ
２９   第二シリンダブロック側プーリ
３０   第一クランクケース側プーリ
３１   第二クランクケース側プーリ
３２   クランク側プーリ
３３   タイミングベルト
９０   ＥＣＵ
９１   クランクポジションセンサ
９２   アクセル開度センサ
９３   吸気側カム角センサ
９４   排気側カム角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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